Космическая биодобыча: приближение к населенным пунктам за пределами Земли

Результаты эксперимента BioRock показывают, что добыча полезных ископаемых с помощью бактерий возможна в космосе . Вслед за успехом исследования BioRock, в настоящее время проводится эксперимент BioAsteroid. В этом исследовании бактерии и грибы выращиваются на астероидном материале в инкубаторе в условиях микрогравитации космической станции для изучения образования биопленок, биовыщелачивания и других химических и биологических изменений, включая генетические транскрипционные изменения. Биомайнинг в космосе — это значительное открытие, которое, по-видимому, имеет большой потенциал в будущем.

Человеческие поселения за пределами Земли, на Луне или на планетах, подобных Марсу , в космосе , долгое время были темой научной фантастики. Однако серьезные размышления и исследования в этом направлении ведутся уже в последние два десятилетия. Один из ключевых вопросов, стоящих перед научным сообществом, заключается в том, как получить материалы (такие как кислород, вода, строительные материалы, включая металлы и минералы и т. д.), необходимые для создания самодостаточного присутствия в космосе ⁽¹⁾.

Биомайнинг, то есть извлечение металлов из руд с помощью биокатализа с использованием микроорганизмов, таких как бактерии и археи, давно практикуется на планете Земля . В настоящее время этот метод используется для выщелачивания сульфидов меди и предварительной обработки золотых руд, а также для извлечения металлов из окисленных руд и для извлечения металлов из отходов ⁽²⁾.

Можно ли эффективно использовать технологию биодобычи в условиях микрогравитации в открытом космосе для извлечения материалов, необходимых для человеческих поселений? Могут ли микроорганизмы помочь в извлечении металлов и материалов, используя материалы астероидов или породы, доступные на Луне или Марсе ? Знание взаимодействия микроорганизмов и минералов в космосе также считается важным из-за его потенциала в почвообразовании, формировании биокорок в замкнутых герметичных пространствах , использовании реголита (слоя твердого материала над коренными породами) и производстве строительных материалов. Эксперименты по биодобыче в космосе были разработаны именно по этим причинам, чтобы понять влияние измененной гравитации.

С этой целью Европейское космическое агентство провело эксперимент BioRock на Международной космической станции (МКС) в 2019 году. Эксперименты были разработаны для изучения биовыщелачивания редкоземельных элементов из базальтовых пород в трех условиях гравитации: микрогравитации, имитации марсианской гравитации и имитации земной гравитации. В исследовании использовались три вида бактерий: Sphingomonas desiccabilis , Bacillus subtilis и Cupriavidus metallidurans . Проверялась гипотеза о том, что « различные режимы гравитации могут влиять на конечную концентрацию клеток, достигаемую после многонедельного пребывания в космосе ». Результаты показали отсутствие значительного влияния различных условий гравитации на конечное количество бактериальных клеток, что подразумевает, что эффективность процесса отбеливания остается одинаковой при различных условиях гравитации. Эти результаты эксперимента BioRock указывают на то, что добыча полезных ископаемых с использованием бактерий может осуществляться в космосе. Биомайнинг в космосе — это значительное открытие, которое, по-видимому, имеет большой потенциал в будущем ^(3,4).

После успеха исследования BioRock в настоящее время проводится эксперимент BioAsteroid. В этом исследовании бактерии и грибы выращиваются на астероидном материале в инкубаторе в условиях микрогравитации космической станции с целью изучения образования биопленок, биовыщелачивания и других химических и биологических изменений, включая изменения генетической транскрипции ⁽⁵⁾.

Благодаря этим шагам человечество, несомненно, постепенно продвигается к созданию человеческих поселений за пределами планеты Земля.

Ссылки:

1. НАСА 2007. Отчет семинара по биодобыче лунного реголита. Доступно в Интернете по адресу https://core.ac.uk/download/pdf/10547528.pdf  

2. Johnson DB., 2014. Biomining - биотехнологии для извлечения и извлечения металлов из руд и отходов. Текущее мнение в области биотехнологии. Том 30, декабрь 2014 г., страницы 24-31. DOI: https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.04.008  

3. Кокелл, К.С., Сантомартино, Р., Финстер, К. и др., 2020. Эксперимент по биодобыче на космической станции демонстрирует извлечение редкоземельных элементов в условиях микрогравитации и гравитации Марса. Опубликовано: 10 ноября 2020 г., Nature Communication 11, 5523 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19276-w 

4. Сантомартино Р., Вааджен А. и др. 2020. Отсутствие влияния микрогравитации и симулированной гравитации Марса на конечные концентрации бактериальных клеток на Международной космической станции: приложения для космического биопроизводства. Frontiers in Microbiology., 14 октября 2020 г. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.579156  

5. Космическое агентство Великобритании 2020. Пресс-релиз - Исследование биодобычи может открыть будущие поселения в других мирах. Опубликовано 5 декабря 2020 г. Доступно онлайн по адресу https://www.gov.uk/government/news/biomining-study-could-unlock-future-settlements-on-other-worlds